EcoPrep - Produção de Porcellanato Pelo Processo Via Seca
Foco Ambiental e em Custos de Produção
Cabral, E. O.1; Hessling, H. G.2
1. Eirich Industrial Ltda; 2. Maschinenfabrik Gustav Eirich
Resumo
No ambiente atual, dinâmico e competitivo, a inovação ou, a escolha pelo uso de novos processos e tecnologias, por mais vantajosos que possam ser, tem como sinônimo o risco. Porem, para um bom desempenho no mercado, essas novas tecnologias passam a ser um dilema1, onde, ao mesmo tempo em que fica cada vez
mais arriscado não inovar (sendo por fatores ambientais, por redução de custos, ou pela inovação continua ser a única maneira de evitar a obsolescência da empresa), esta cada vez mais difícil aceitar o risco (pela possibilidade de fracasso, alto custo de investimento, novos custos com treinamentos e barreiras psicológicas, entre outras).
Centrado nesse ambiente, estaremos neste trabalho abordando um novo processo de preparação de granulados para a prensagem de porcellanatos pelo processo via seca. Iremos abordar as vantagens dessa tecnologia inovadora, como por exemplo, quanto a redução de emissão de gás carbônico, redução no consumo de água, reutilização de rejeitos e altas reduções nos custos de energia e aditivo, tal qual uma analise sobre essas barreiras e como reduzir esses riscos de forma eficaz e competitiva.
Palavras chaves: Porcellanato, via seca, ambiente, custo, risco
1 De acordo com Ferreira (1988, p. 222), é, entre outros significados, “uma situação embaraçosa com duas saídas difíceis ou penosas”.
SUMÁRIO:
1.0 INTRODUÇÃO ... 4
2.0 PROCESSO VIA ÚMIDA ... 5
2.1MATÉRIAS PRIMAS ... 5
2.2BRITAGEM ... 6
2.3DOSAGEM ... 6
2.4MOAGEM A ÚMIDO ... 6
2.5TANQUE COM AGITAÇÃO MECÂNICA ... 7
2.6SECAGEM /GRANULAÇÃO ... 8
2.7ESTOCAGEM ... 8
3.0 PROCESSO VIA SECA TRADICIONAL NO BRASIL ... 9
3.1MATERIAS PRIMAS ... 9
3.2SECAGEM ... 9
3.3MOAGEM A SECO ... 10
3.4UMIDIFICAÇÃO ... 10
3.5ESTOCAGEM DA MASSA ... 10
4.0 ECOPREP – NOVO PROCESSO DE PREPARAÇÃO ...10
4.1MATÉRIAS PRIMAS ... 11 4.2BRITAGEM ... 11 4.3MOAGEM /SECAGEM ... 11 4.4MISTURA /GRANULAÇÃO ... 12 4.5PENEIRA ... 12 4.6PADRONIZAÇÃO DA GRANULOMETRIA ... 12 4.7SECADOR... 12
4.8ESTOCAGEM DOS GRANULADOS ... 13
5.0 COMPARATIVOS ENTRE ECOPREP E VIA UMIDA TRADICIONAL ...13
5.1FLUIDEZ ... 13 5.2ENERGIA ... 13 5.3ADITIVOS ... 14 5.4ÁGUA ... 14 5.5AMBIENTAL ... 14 6.0 BARREIRAS ...15 6.1MEDO DO NOVO ... 15
6.2ALTO INVESTIMENTO ... 16
6.2.1 Equipamentos ... 16
6.2.2 Treinamento ... 16
7.0 CONCLUSÃO ...17
1.0 INTRODUÇÃO
Para a preparação de porcellanatos, o uso do processo via úmida esta sendo usado a mais de um século e, graças a muitos estudos e ao constante aprendizado gerado pela sua utilização, muitas dúvidas foram sanadas e melhorias foram aplicadas a esse processo. Podemos dizer que é um processo no qual já temos muito conhecimento adquirido.
Por outro lado, esse foi um processo desenvolvido quando se tinha menores custos de produção e não se tinha tanto controle sobre as questões ambientais.
Com relação aos custos de processos, vimos ao longo dos anos alguns grandes aumentos, como nos custos com mão de obra, nos custos de descarte controlado, nos aditivos e, principalmente, nas tarifas da energia elétrica e gás.
Considerando questões relacionadas ao meio ambiente, temos órgãos cada vez mais atuantes, tomando medidas para uma sustentabilidade ambiental. Para citar alguns controles, temos:
- Emissões de NOx, SOx, MPt
- Emissões de gases de efeito estufa (GEE)
- Emissões de substancias destruidoras da camada de ozonio.
- Emissões de CO
- Emissões de VOC
- Total de água captada
- Volume de água reciclada / reutilizada
- Volume descartado
- Energia
- Consumo de combustível para a geração de energia
Nesse ambiente, foi desenvolvida uma tecnologia inovadora que, apesar de ainda não ter grande conhecimento específico no ramo de revestimentos, já se mostrou viável em muitas outras indústrias, tanto na preparação de granulados para prensagem quanto para fabricação de produtos finais granulados, e cumpre o seu papel na redução de custos de fabricação, quando comparado com o processo via úmida tradicional, com um menor impacto ambiental.
Apenas para citar alguns exemplos, essa tecnologia já esta sendo usada desde a década de 70 para prensagem de refratários, esteatita, cordierita, bolas de moagem e briquetes e também para preparação de propantes, fertilizantes e resíduos granulados.
O que deverá ser refletido ao final desse artigo será quais as vantagens e desvantagens de cada processo, como conhecimento, custos de fabricação e impacto ambiental e ser analisado a viabilidade, ou não, de uma mudança para um novo processo.
Inicialmente, de uma maneira geral, iremos fazer uma revisão do processo via úmida e via seca tradicional (usado normalmente na região de Criciúma e Santa Gertrudes, respectivamente), apresentaremos o novo processo ECOPREP e finalmente faremos uma analise das barreiras e do risco do uso de uma nova tecnologia.
2.0 Processo Via Úmida
Podemos verificar pelo fluxograma (Figura 2) algumas etapas, sendo elas:
2.1 Matérias Primas
As matérias primas usadas nesse processo irão depender principalmente do produto e da proximidade com a mineração.
Quando se usa o processo via úmida, o foco é para a preparação de produtos com baixa absorção de umidade. Para a obtenção desse produto, são usados normalmente argilas, filitos, feldspatos e talco, nas mais diversas formulações e variedades de matérias primas.
2.2 Britagem
Não esta presente em todos os casos, porem, é necessário quando se tem matérias primas muito grossas e, para reduzir o tempo de moagem, essa etapa é necessária.
2.3 Dosagem
Nessa etapa é feita a formulação a ser processada.
2.4 Moagem a úmido
Esse estágio é feito por um moinho de bolas, normalmente intermitente.
O moinho de bolas tem duas funções básicas:
Moagem das matérias primas (normalmente controlando o resíduo na malha 325 ou 200)
Mistura e dispersão das matérias primas sólidas em água (normalmente entre 32 a 38% de umidade)
A função de moagem é importante, entre outras, para a reatividade dos materiais na queima. Essa etapa pode determinar a temperatura máxima e o tempo de permanência do material dentro do forno. Com uma moagem mais grosseira, percebemos uma redução no tempo de moagem, ou seja, uma maior produção do equipamento com um menor consumo energético, porem será gasto mais energia no forno durante a etapa de queima. Já com uma granulometria final fina, temos um grande consumo de energia e uma baixa produção do moinho, porem, com redução nos custos de queima. Sempre se deve fazer um balanço com relação a esses parâmetros para se achar o melhor ponto de produção.
Figura 2 – Fluxograma Via Úmida
A etapa de mistura e dispersão é feita simultaneamente a moagem. Dois principais parâmetros de controle dessa etapa é a quantidade de água versus a quantidade de aditivos (defloculantes). A escolha do tipo de aditivos a ser usado é feito principalmente pelo tipo de matérias primas usadas.
Como referência aos defloculantes temos:
• o custo pode ser muito alto
• Não agrega valor a qualidade do piso final como matéria prima, pois evapora durante a secagem.
• Alta quantidade de defloculante:
o Menor quantidade de água possível durante a defloculação com menor custo de secagem
o Maior custo com defloculante
• Baixa quantidade defloculante:
o Maior quantidade de água para defloculação com maior gasto energético para secagem
o menor custo com defloculante
2.5 Tanque com agitação mecânica
Essa é a etapa onde a barbotina fica a espera para a secagem/granulação.
Apesar de se ter defloculantes que ajudam na estabilização da suspensão, é necessário uma agitação mecânica para não perder propriedades (como por exemplo na quantidade de sólidos e viscosidade) durante a granulação.
2.6 Secagem / Granulação
É feito pelo Spray-Dryer onde a barbotina é introduzida através de um spray em uma câmara aquecida onde é feito a secagem das gotas com subseqüente granulação.
No Spray-Dryer, dependendo da temperatura, fluxo de entrada da barbotina no secador, viscosidade, tamanho da gota, dentre outros parâmetros, pode se variar a granulometria e características dos granulados.
Em alguns casos, quando se tem os paramentros muito bem controlados, podemos ter granulados sólidos, porem quando se emprega, por exemplo, uma alta taxa de energia, acelerando a secagem, a taxa de saída de água é muito alta, produzindo grãos ocos ou muitas vezes tipos “donuts” (conforme Figura 3).
Figura 3 – Esquerda - Esquema de Secagem no Spray-Dryer e a Direita Exemplo de Granulados Ocos
Normalmente para essa etapa de processo, o material entra com 32 a 38% de umidade e saí com 6 a 7% de umidade final para a prensagem.
2.7 Estocagem
Nessa etapa, os granulados produzidos devem ficar de 24 a 48 horas armazenados (normalmente em silos) para uma homogeneização da umidade no lote, evitando assim defeitos de prensagem e queima.
3.0 PROCESSO VIA SECA TRADICIONAL NO BRASIL
Esse processo tem como principais característica a moagem e preparação via seca e utilização de apenas argila(s) como matéria-prima.
Podemos verificar, pelo fluxograma (figura 4), algumas das etapas de preparação:
3.1 Materias Primas
A matéria prima utilizada normalmente, proveniente do Complexo Argileiro de Corumbataí, é uma argila com formação principal de montmorilonita, que é de difícil defloculação.
Pelas características únicas dessa argila, que tem ótimas propriedades para produção de revestimentos, foi desenvolvido esse processo via seca de preparação devido a sua não defloculação.
3.2 Secagem
Para a próxima etapa de moagem, que é feita em moinhos pendulares, a argila deve ser seca devido as propriedades de moabilidade contra umidade. Para umidades acima de 7%, há uma grande dificuldade no
trabalho de moagem, resultando em perdas de capacidade como exemplo. Uma umidade ideal para a moagem em média se encontra em 5%.
Como as matérias primas tem uma grande variação de umidade de acordo com a época do ano, faz se necessário um controle dessa umidade e secagem para padrões aceitáveis. Essa secagem é feita normalmente ao tempo nos pátios.
Figura 4 - Fluxograma Via Seca Tradicional
3.3 Moagem a Seco
A moagem é feita em moinhos pendulares, onde o controle granulométrico é feito normalmente na malha 200.
Conforme já explanado no item anterior, essa é uma moagem a seco, normalmente com 5% de umidade.
3.4 Umidificação
A umidificação dos materiais é necessária para, durante a prensagem, o material conseguir a correta resistência mecânica.
Nesse processo tradicional via seca, a umidade de prensagem normalmente utilizada esta entre 9% e 10%.
3.5 Estocagem da Massa
A matéria prima, que será transferida para o sistema de prensagem, é estocada em silos.
4.0 ECOPREP – Novo processo de preparação
Esse novo processo tem como principal característica a possibilidade de produção de pisos com baixa absorção de umidade (classe BIA e BIB) com uma redução significativa nos custos energéticos.
Esse processo utiliza as principais vantagens dos dois processos descritos acima, que é a boa fluidez dos granulados para prensagem conforme os produzidos pelo processo via úmida e um baixo consumo energético devido a necessidade de uma baixa evaporação de umidade conforme o processo tradicional via seca.
Quando comparamos o processo via úmida com o EcoPrep, apenas 11 a 12% de umidade deve ser evaporada, enquanto que no spray-dryer, necessitamos uma secagem de 24 a 33%, dependendo da qualidade das matérias primas e dos defloculantes utilizados.
Abaixo segue um descritivo do processo:
4.1 Matérias Primas
As matérias primas são as mesmas que as usadas no processo via úmida, ou seja, as argilas e feldspatos (ou materiais que proporcionem a obtenção de fase liquida a menores temperaturas de queima).
Algumas mudanças na formulação podem ser necessárias em alguns casos, porém essas alterações não irão alterar a qualidade do produto final.
4.2 Britagem
Igualmente descrito no item 2.2, em alguns casos se faz necessário o uso de uma britagem.
4.3 Moagem / Secagem
Essa etapa é feita em moinhos pendulares que possuem secagem simultânea a moagem.
Em alguns casos, é usado um secador rotativo antes da moagem que pode proporcionar um melhor controle da umidade dos materiais, porém para um menor gasto energético é recomendado se fazer a secagem e moagem em um único equipamento.
As matérias primas podem ser moídas juntas ou separadas se necessário.
Para se alcançar uma moagem eficiente, a umidade das matérias primas deve estar abaixo de 5%, porem a formulação completa (não considerar apenas a umidade da argila) pode entrar no moinho com até 15% de umidade.
O sistema de moagem pode ser ajustado as exigências específicas para cada tipo de produto, tal qual umidade ou granulometria.
4.4 Mistura / Granulação
Dos silos, o material moído é pesado em uma balança posicionada sobre o granulador. Depois de pesadas, as matérias primas alimentam o granulador e são homogeneizados. A homogeneização leva aproximadamente 1 minuto. Depois disso, a água necessária para a granulação é adicionada a alta pressão. Para uma granulação eficiente, o conteúdo de umidade deve estar entre 11 e 12%. O tamanho dos grânulos pode ser ajustado baseado no conteúdo de água e também mudando a velocidade do agitador no granulador.
Com o processo de granulação finalizado, os grânulos são descarregados. Como um efeito normal de granulação, um porcentual dos granulados estão fora da faixa granulométrica exigida.
Para obter bons grânulos de prensagem com propriedades favoráveis de compactação, os granulados grossos e aglomerados têm que ser separados e condicionados de acordo com as exigências específicas.
4.5 Peneira
Nessa etapa é feito a separação dos granulados e aglomerados grossos que serão padronizados.
4.6 Padronização da Granulometria
Os granulados grossos e aglomerados são processados em um condicionador de grão. Isto reduz o tamanho dos granulados e aglomerados e os molda em grânulos esféricos.
4.7 Secador
Os granulados condicionados e os que já saíram do granulador na faixa exigida pelo processo são levados para um secador de leito fluidizado para chegarem a uma umidade de aproximadamente 6%.
4.8 Estocagem dos Granulados
Conforme o processo de estocagem já descrito no item 2.7, os grãos do processo EcoPrep também necessitam de um descanso para homogeneização da umidade.
5.0 COMPARATIVOS ENTRE ECOPREP E VIA UMIDA TRADICIONAL
5.1 FLUIDEZ
A fluidez dos granulados pode ser visualizada de acordo com a figura 6.
Podemos perceber que a fluidez é praticamente a mesma nos dois processos.
5.2 ENERGIA
Para o comparativo energético, estamos considerando os seguintes parâmetros:
- Composição
45% argila, 55% materiais duros
- Umidade de matéria-prima: 7,6%
Umidade média anual (argila 12%, material-duro 4%)
- Densidade dos revestimentos: 20 kg/m²
Densidade da barbotina: 1,75 kg/l
- Conteúdo de água na barbotina: 32,0 %
- Umidade de prensagem dos granulados: 6,0 %
- Energia especifica de moagem
Via úmida 25,0kWh/t Via seca 22,0 kwh/ t ECOPREP kWh/t Via Úmida kWh/t Energia de Moagem 22 25 Energia de Secagem 116 406 Energia de Granulação 8 - Energia para Condicionamento 6 - Energia adicionais da planta 4 - Energia adicional de peneiramento 1 - Consumo energético Total 157 431
Figura 7 – Tabela comparativa de energia
Com a granulação via seca, aproximadamente 274 kWh/t ou aproximadamente 64% de energia pode ser economizado.
5.3 ADITIVOS
Para o processo EcoPrep, por não ser necessário aditivos, todo o consumo pode ser evitado.
5.4 ÁGUA
Aproximadamente 400 litros de água por tonelada de granulado produzido pode ser economizado.
5.5 AMBIENTAL
Utilizando a tecnologia EcoPrep se consegue uma alta redução na quantidade de energia fóssil, gás/óleo, gasta no processo de secagem dos granulados, e devido a essa vantagem, apenas aproximadamente 28% de CO2 é emitido para a atmosfera
6.0 BARREIRAS
De acordo com Kotler (ref. 01), “a tarefa de qualquer negócio é entregar valor ao mercado e obter lucro”.
Nesse ensejo, um caso de sucesso foi a empresa Natura, que remodelou a sua forma de atuação no mercado e entregou valor na forma de sustentabilidade ambiental. Com essa nova política, eles conseguiram reverter uma situação nada favorável para um dos maiores faturamentos da área de cosméticos.
A primeira vista, a política adotada pela Natura poderia ser vista como fracasso certo, pois foi algo inovador com muitas dúvidas de como o mercado iria reagir e perceber esse novo valor. Felizmente, para a Natura, o mercado reagiu bem e eles conseguiram uma recuperação da empresa.
Já segundo Utterback (ref. 02), a inovação é um determinante central do sucesso ou fracasso a longo prazo para as empresas. Isso é uma realidade para as empresas de revestimento já que sempre vemos grandes inovações com relação as “novas coleções”, principalmente com relação a serigrafia. Todos os anos durante as feiras de negócios vemos as mais diversas inovações quanto a novos produtos.
Podemos assim dizer que já foi observado pelos ceramistas a necessidade de inovação, pelo menos quanto ao design das peças.
E quanto a processos inovadores?
Muitas empresas já estão interessadas em discutir essas novas tecnologias, porem, ainda, com muitas dúvidas e objeções.
Dentre elas, podemos citar:
6.1 Medo do novo
Sempre que somos levados a enfrentar uma mudança ou imprevisto, nos vemos tomados por um temor de que algo de ruim venha suceder. Isso talvez por querermos segurança com algo que já conhecemos e temos conforto.
Embora tudo seja feito de mudanças (como por exemplo a natureza e suas constantes mutações) nós queremos algo estável. Isso é natural, porem as mudanças podem ser vistas como um teste de adaptação, criatividade e, principalmente, como algo que irá dar sustentação ou aumento da posição na qual nos encontramos.
Podemos usar as nossas vidas como exemplo de adaptação, onde tivemos que nos adaptar desde o nascimento até a fase adulta. E quanto mais velhos, mais resistentes as mudanças ficamos. Imaginem se não tivéssemos crescidos e nos adaptados as várias fases da vida?
Na maioria dos casos, é possível de se testar algo novo antes de assumir integralmente o seu uso. No caso do novo processo EcoPrep, podemos considerar o uso dos centros de testes para verificações quanto ao funcionamento do processo.
6.2 Alto Investimento
Os custos de alto investimento podem ser discutidos quanto:
6.2.1 Equipamentos
Em alguns casos, os custos de investimento em uma planta nova são maiores, porem eles não podem ser apenas considerados isoladamente. Quando se faz a opção pela inovação devem ser consideradas as vantagens que essa nova tecnologia traz, como por exemplo a redução dos custos de processo e menor agressão ao meio ambiente. Como um calculo médio do ROE (retorno sobre investimento) em relação a diferença de investimento do processo EcoPrep e via úmido tradicional, conforme dados contidos na figura 7, falamos em um ano e meio para se recuperar essa diferença. Isso é um dado a ser considerado.
6.2.2 Treinamento
Alem dos custos com equipamentos, temos os custos de treinamento e aprendizado. Esses custos só podem ser mensurados com o decorrer do tempo, porem podem ser minimizados com uso de tecnologia que já é consagrada no mercado, pelo menos em outras aplicações.
7.0 CONCLUSÃO
Com essa nova tecnologia, é possível produzir revestimentos com baixa absorção de umidade e alta qualidade, reduzindo os custos de preparação e emissões de CO2.
A possibilidade de testes semi-industriais e uso da experiência já adquirida ao longo dos anos com outros tipos de produtos granulados, reduzem os riscos de investimentos em uma nova tecnologia.
Essas vantagens e desvantagens devem ser colocadas em uma balança para saber o que é mais importante para a empresa, continuar produzindo com alto custo e agredindo o meio ambiente ou utilizar uma nova tecnologia, ainda desconhecida no mercado de revestimentos cerâmicos, que possa reduzir esses dois fatores, custos e emissões.
8.0 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
01. KOTLER, P. (1996) - Marketing. Atlas: São Paulo.
02. UTTERBACK, J. M. (1996) - Dominando a dinâmica da inovação. Qualitymark: Rio de Janeiro.
03. HESSLING, H. G. (2010) – ECOPREP – Novos Conceitos de Preparação para a Produção de Revestimentos Cerâmicos – Revista: Cerâmica Industrial
